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数据库原理与技术刘瑞 lr@课程目标4了解，并掌握数据库系统的基本概念，原理 和方法 4掌握关系数据模型及关系数据语言，能熟练 应用SQL语言表达各种数据操作4掌握数据库设计的理论和方法，初步具备使 用、开发数据库应用系统的能力 4了解当前数据库领域研究的主要内容，为将 来从事数据库及其相关领域的研究和开发打 下基础主要参考书4数据库系统概论（第三版） 萨师煊 王珊 高 等教育出版社 2000 4数据库系统原理 李建中 王珊 电子工业出版 社 1998 4Silberschatz，Database System Concepts， 机械工业出版社 4A First Course in Database Systems, Second Edition J.D. Ullman and J. Widom; Prentice Hall, 2002 4王能斌主编，数据库系统，电子工业出版社 ，1997年 第一章数据库系统概述信息4信息是指现实世界事物的存在方式或运 动状态的反映具体地说，信息是一种 已经被加工为特定形式的数据，这种数 据形式对接收者来说是有意义的，而且 对当前和将来的决策具有明显的或实际 的价值。

在信息社会中，信息是一种资 源，其重要性可以与物质和能量相提并 论，是企业赖以生存和发展所必须的数据4数据是将现实世界中的各种信息记录下 的、可以识别的符号，是信息的载体， 信息的具体表示形式数据可用多种不 同的形式来表示一种同样的信息，信息 不随它的数据形式不同而改变4数据的表现形式多种多样，不仅有我们 熟知的数字和文字，还可以有图形、图 像、声音等形式信息与数据4信息与数据的联系 – 数据是信息的符号表示，或称载体； – 信息是数据的内涵，是数据的语义解释 – 数据是符号化的信息 – 信息是语义化的数据 4例，一幅图像 – 数据——彩色位图点阵 – 信息——微软产品数据处理4数据处理实际上就是利用计算机进行数据处 理的过程该过程包括：数据的采集、整理 、编码和输入，有效地把数据组织到计算机 中，由计算机系统对数据进行一系列的加工 、储存、合并、分类、计算、检索、传输、 输出等操作过程其目的是从大量原始数据 中抽取和推导出对人们有价值的信息，以作 为行动和决策的依据数据库4所谓数据库是长期储存在计算机内的、 有组织的、可共享的数据集合数据库 中的数据按一定的数据模型组织、存储 和描述，由DBMS统一管理，多用户共享 。

数据库系统4数据库系统是指一个计算机存储记录的 系统即，它是一个计算机系统，该系 统的目标是存储信息并支持用户检索和 更新所需要的信息它通常由数据库， 软件，硬件，用户几个部分组成数据库管理系统4是一个通用的软件系统，由一组计算机 程序构成它能够对数据库进行有效的 管理，并为用户提供了一个软件环境， 方便用户使用数据库中的信息 – 数据定义功能 – 数据操纵功能 – 数据库的运行管理功能 – 数据库的建立和维护功能数据处理的三个阶段4人工处理阶段（50年代中期以前）4文件系统阶段（50年代后期---60年代中 期）4数据库系统阶段（60年代后期开始）人工处理阶段4背景： – 计算机主要用于科学计算 – 外存只有磁带、卡片、纸带等，没有磁盘 等直接存取设备 – 没有操作系统，没有数据管理软件人工处理阶段（续I）4特点： – 数据不保存 – 应用程序管理数据 – 数据不共享 – 数据不具有独立性人工处理阶段（续II）应用程序1应用程序2应用程序n数据1数据2数据n… …文件系统阶段4背景： –计算机不但用于科学计算，还用于管理 –外存有了磁盘、磁鼓等直接存取设备 –有了专门管理数据的软件，一般称为文件 系统。

文件系统阶段（续I）4特点： –数据以文件的形式长期保存文件形式多样化（ 索引文件、链接文件、直接存取文件、倒排文件 等） –一个数据文件对应一个或几个用户程序，还是面 向应用的，具有一定的共享性 –由文件系统管理数据通过文件系统提供存取方 法，支持对文件的基本操作（增、删、改、查等 ），用户程序不必考虑物理细节数据的存取基 本上以记录为单位 –数据与程序有一定的独立性，因为文件的逻辑结 构与存储结构由系统进行转换，数据在存储上的 改变不一定反映在程序上文件系统阶段（续II）文件系统应用程序1应用程序2应用程序n数据1数据2数据n文件系统阶段的缺点4数据冗余和不一致4数据访问困难4数据孤立4数据独立性差文件系统阶段的缺点（续I）4完整性问题4原子性问题4并发访问异常4安全性问题数据库系统阶段4背景：–大规模数据管理计算机管理的数据量大 ，关系复杂，共享性要求强（多种应用、 不同语言共享数据）–外存有了大容量磁盘，光盘–软件价格上升，硬件价格下降，编制和维 护软件及应用程序成本相对增加，其中维 护的成本更高数据库系统阶段（续I）4数据库观点：数据不是依赖于处理过程 的附属品，而是现实世界中独立存在的 对象。

数据库系统阶段（续II）…应用程序1应用程序2应用程序nDBMS数据库数据库系统的特点4面向全组织的结构化 – 支持全企业的应用而不是某一个应用 – 通过统一的结构来描述数据及数据之间客 观存在的本质联系，这是数据库系统的主 要特征之一，是与文件系统的根本差别数据库系统的特点（续I）4数据集成与共享，可控冗余度 – 数据面向整个系统，而不是面向某一应用，数据 集中管理，并可以被多个用户和多个应用程序所 共享 – 数据共享可以减少数据冗余，节省存储空间，减 少存取时间，并避免数据之间的不相容性和不一 致性 – 每个应用选用数据库的一个子集，只要重新选取 不同子集或者加上一小部分数据，就可以满足新 的应用要求，这就是易扩充性 – 根据应用的需要，可以控制数据的冗余度数据库系统的特点（续II）4数据独立性好 – 数据与程序相对独立，把数据库的定义和描述从 应用程序中分离出去描述又是分级的（全局逻 辑、局部逻辑、存储），数据的存取由系统管理 ，用户不必考虑存取路径等细节，从而简化了应 用程序 – 数据独立性：当数据的结构发生变化时，通过系 统提供的映象（转换）功能，使应用程序不必改 变它包括数据的物理独立性和逻辑独立性。

数据库系统的特点（续III）4统一的控制机制 –数据的安全性控制（Security） • 保护数据以防止不合法的使用所造成的数据泄 露和破坏 • 措施：用户标识与鉴定，存取控制 –数据的完整性控制（Integrity） • 数据的正确性、有效性、相容性 • 措施：完整性约束条件定义和检查数据库系统的特点（续IV）–并发控制（Concurrency） • 对多用户的并发操作加以控制、协调，防止其 互相干扰而得到错误的结果并使数据库完整性 遭到破坏 • 措施：封锁 –数据库恢复（Recovery） • 将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状 态，防止数据丢失和损害，保证数据的正确性 数据模型4模型是现实世界特征的模拟和抽象数 据模型则是现实世界数据特征的抽象 数据模型应满足三个方面的要求： – 能比较真实地模拟现实世界； – 容易为人理解； – 便于在计算机上实现数据模型的分类4概念数据模型 –按用户的观点来对数据和信息建模用于 组织信息世界的概念，表现从现实世界中 抽象出来的事物以及它们之间的联系这 类模型强调其语义表达能力，概念简单、 清晰，易于用户理解它是现实世界到信 息世界的抽象，是用户与数据库设计人员 之间进行交流的语言。

如E-R模型数据模型的分类（续I）4逻辑数据模型 – 从计算机实现的观点来对数据建模是信息世界 中的概念和联系在计算机世界中的表示方法一 般有严格的形式化定义，以便于在计算机上实现 如层次模型、网状模型、关系模型、面向对象 模型4物理数据模型 – 从计算机的物理存储角度对数据建模是数据在 物理设备上的存放方法和表现形式的描述，以实 现数据的高效存取如索引，HASH文件等等数据抽象数据模型的组成要素4数据模型是实现数据抽象的主要工具它包 括以下组成部分： –数据结构描述系统的静态特性，是所研究的对象类型的集 合包括： • 数据本身：类型、内容、性质如网状模型中 的数据项、记录，关系模型中的域、属性，关 系等 • 数据之间的联系：例如网状模型中的系型（ Set Type） • 在数据库系统中一般按数据结构的类型来命名 数据模型数据模型的组成要素（续I）– 数据操作 • 是对系统动态特性的描述，用于描述施加于数 据之上的各种操作，即对数据库中对象的实例 允许执行的操作的集合，包括操作及操作规则 一般有检索、更新（插入、删除、修改）操 作数据模型要定义操作含义、操作符号、操 作规则，以及实现操作的语言。

– 数据的约束条件 • 数据的约束条件是完整性规则的集合，规定数 据库状态及状态变化所应满足的条件，以保证 数据的正确、有效、相容概念数据模型的主要概念4实体(Entity)： –客观存在并可相互区分的事物叫实体实体可以 是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联 系如一个学生、一次选课、老师与系的工作关 系 4属性(Attribute)： –实体所具有的某一特性一个实体可以由若干个 属性来刻画例如，学生实体可由学号、姓名、 性别，出生年份、系、年级等组成 4域(Domain)： –属性的取值范围例如，性别的域为（男、女） ，月份的域为１到１２的整数概念数据模型的主要概念（续I ）4实体型(Entity Type)： –具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质 ，因此用实体名与其属性名集合来抽象和刻画同 类实体，称为实体型例，学生（学号、姓名、 年龄、性别、系、年级）就是一个实体型 –注意实体型与实体（值）之间的区别，后者是前 者的一个特例如(9808100，王平，21，男，计 算机系，2)是一个实体 4实体集(Entity Set)： –同型实体的集合称为实体集 –如全体学生概念数据模型的主要概念（续II）4码(Key)： –能唯一标识实体的属性集称为码。

–如学号是学生实体的码 4联系(Relationship)： –在现实世界中，事物内部以及事物之间存在着联 系，这些联系在信息世界中反映为实体（型）内 部的联系和实体（型）之间的联系实体内部的 联系通常是指组成实体的各属性之间的联系，实 体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系 –如学生与老师间的授课关系，学生与学生间有班 长关系概念数据模型的主要概念（续III ）–联系也可以有属性，如学生与课程之间有选课联 系，每个选课联系都有一个成绩作为其属性 –同类联系的集合称为联系集 4联系的种类 – 可以有一对一的（1:1），一对多的（1:m），多 对多的（m:n）几种情况 • 一对一：如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一 个（也可以没有）实体与之联系，反之亦然，则称实体 集A与实体集B具有一对一联系即为1：1如一个班级 只有一个正班长，一个正班长只在一个班中任职，则班 级和班长之间存在一对一联系概念数据模型的主要概念（续IV ） • 一对多：如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实 体（n≥0） 与之联系，反之，对于实体集B中的每一个 实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实 体集A与实体集B有一对多联系，记为1：n。

如一个班级 有若干学生，每个学生只在一个班级中学习，则班级和 学生是一对多联系 • 多对多：如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实 体（n≥0） 与之联系，反之，对于实体集B中的每一个 实体，实体集A中也有m个实体（m≥0）与之联系，则称 实体集A与实体集B有多对多联系，记为m：n如一门 课由若干学生选修，一个学生可以选修多门课，则课程 和学生是多对多联系 4实际上，一对一是一对多的特例，而一对多 又是多对多的特例。